Simulerad sol ger hetare lösningar
SOLKRAFT
Koncentrerad solkraft kan vara en del av lösningen på gåtan om hållbar energiförsörjning för framtiden – inte minst för solstinna utvecklingsländer.
KTH:s unika solkraftslaboratorium är redo för såväl invigning som användning.
– Eftersom det finns så få anläggningar av den här typen i världen fick vi börja med att bygga en, säger Björn Laumert, docent på institutionen för energiteknik på skolan för industriell teknik och management.
I tre år har han tillsammans med ett antal doktorander och tekniker byggt upp solkraftslaboratoriet med en solsimulator för att öka kunskap och forskning om bland annat koncentrerad solkraft, det vill säga termisk solkraft.
– Solceller har man tillämpat kommersiellt sedan 1970-talet medan koncentrerad solkraft blev aktuellt på allvar på 1990-talet, säger Björn Laumert.
Han antyder dock att principen att koncentrera solenergi på en mycket liten yta med hjälp av speglar och/eller paraboler som ger höga halter värme och som därmed kan alstra energi, ska ha funnits länge i mänsklighetens historia.
Principen lär ha använts redan under antiken då Arkimedes i slaget om Syrakusa, i alla fall enligt myten, sägs ha koncentrerat solkraften genom speglar riktade mot fiendens fartyg. Seglen brändes upp och skeppen sjönk.
Värmen och strålningen i dagens koncentrerade solkraft är inte heller att leka med, vilket är lätt att se för besökaren.
Laboratoriet liknar en bepansrad kvadratisk konservburk där alla ytor är täckta av metall som kan hantera kraften, strålningen och värmen, som lätt kan uppgå till 2000 grader. Rigorös ventilation är ett måste. Anläggningen styrs från en kontrollpanel utanför laboratoriet. Förutom via datorskärmar kan man följa experimenten med blotta ögat genom ett litet kikhål av svetsglas på ena sidan.
Tolv extremt kraftiga strålkastare, byggda för att simulera sol, på 7 kilowatt vardera, genererar och sammanstrålar ljus på en liten yta om 20 kvadratcentimeter. Genom att använda olika typer av linser, luppar, och filter kan man laborera och koncentrera solkraften på olika sätt, vilket skapar ett ljusflöde på upp till 6,7 megawatt per kvadratmeter.
En svensk sommardag är i det närmaste larvigt att jämföra med, men om man ändå gör det:
– Ja, då kan man säga att solkraften här inne är 6 000 gånger starkare än hur vi upplever solen på jorden, säger Björn Laumert.
Ljuset omvandlas till värme i en solmottagare som driver en gas- eller ångturbin alternativt via en Stirlingmotor som i sin tur genererar el eller värme.
Till skillnad från solceller som omvandlar ljuset till el direkt kan den koncentrerade solkraften även lagras som värme och användas även då solen inte lyser. I jakten på förnybar och hållbar energi är lagring, kostnad och omvandling de centrala utmaningarna för att kunna använda solens kraft.
– Solkraft är en fri och tillgänglig energi som inte driver växthusgaser. För att leva upp till EU:s klimatmål och skapa ett framtida hållbart världssamhälle är den absolut nödvändig som en av flera förnybara energikällor, säger Björn Laumert.
Vad som lämpar sig bäst är givetvis beroende av varje lands förutsättningar. Solkraft passar bäst där flödet av solljus är jämt och starkt som i ökenområden som till exempel Sahara i Afrika.
– Industrialisering och energianvändning hänger ihop. Man kan väl säga att industrialiserade länder förbrukat sin rätt när det gäller energikonsumtion och utsläpp för att bygga sitt välstånd, säger Björn Laumert och fortsätter:
– Ska utvecklingsländer industrialiseras i motsvarande grad krävs mycket mer energi än den man kan få från kol och olja, eftersom den inte är hållbar och förstör miljön. Många utvecklingsländer har gott om solljus så det kan vara en framkomlig väg.
Fler sätt att lagra energin och göra den billigare att framställa är något av det som krävs för att man ska kunna konkurrera på en kommersiell marknad, enligt Björn Laumert.
KTH:s solkraftslaboratorium kommer i första hand att användas för forskning kring sol och solkraftsmottagare. Men laboratoriet kommer även att kunna användas för grundforskning om dels högtemperatursmaterial, som vid byggande av till exempel raketmotorer eller fusionsreaktorer, dels för att undersöka kemiska reaktioner under högt ljusflöde.
Även om Sverige inte översållas av sol och ljus, i synnerhet inte vintertid, så finns ett starkt industriellt intresse för att utveckla såväl delar av som tekniken som helhet både här och inom EU.
I dag pågår ett antal olika forskningsprojekt i samarbete med bland annat svenska Siemens, Cleanergy och Energimyndigheten för utveckling av solmottagare och solkraftsanläggningar. Till exempel undersöker man hur solmottagare kan göras mer effektiva och hur solenergi interagerar med annat bränsle.
Utanför laboratoriet står doktoranderna Lukas Aichmayer och Wujun Wang. De har, liksom Jorge Garrido och avdelningens tekniker, varit med och byggt labbet.
– Det har varit väldigt spännande att utveckla hela designen. Varje liten detalj har betydelse, säger Lukas Aichmayer.
Han får medhåll av Wujun Wang som på sikt ser möjligheten att utveckla många småskaliga solkraftsanläggningar i landsbygdsområden i Kina för att ersätta smutsiga dieselgeneratorer till exempel.
– Jag tror att detta har förutsättningar att bli en framgångsaga, säger han.
Text: Jill Klackenberg